某工控設(shè)備開發(fā)廠商的設(shè)備中采用單片機(jī)控制電路，單片機(jī)使用外接的兩腳晶體振蕩器產(chǎn)生11.0592MHz的工作時鐘。用戶希望能夠精確測量工作時鐘的頻率，但用示波器測量時一方面測不準(zhǔn)，另一方面測量時還會出現(xiàn)晶體停振的情況，對于這種晶體的頻率測量有沒有好的辦法呢?

在分析晶體停振原因前，先要了解不同振蕩器的區(qū)別。一般來說，晶體振蕩器分為無源晶振和有源晶振兩種類型。

無源晶振一般稱為crystal(晶體)，由石英晶體按照特定角度和尺寸切割而成，其本身相當(dāng)于一個高Q值得選頻電路，需要借助外部諧振和反相器提供能量才能起振。

而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)，其內(nèi)部除了晶體以外，還包含了起振和驅(qū)動電路。下圖是有源晶振的結(jié)構(gòu)原理，可見其內(nèi)部包含了諧振和輸出端(Fout)的驅(qū)動電路。有源晶振由于驅(qū)動能力強(qiáng)，通常不會在測量中造成停振，會造成停振的通常都是晶體。

出于成本的考慮，很多單片機(jī)采用類似下面的晶體諧振電路，通過晶體和并聯(lián)的起振電容振蕩出需要的工作頻率。一般示波器標(biāo)配的無源探頭的寄生電容會在10～15pf左右，這樣在測量時探頭的電容并在諧振回路上會改變原振蕩電路的電容值從而造成晶體停振。

對這種沒有經(jīng)過驅(qū)動的晶體振蕩器的頻率測量有沒有好的方法呢?答案是當(dāng)然有，但一方面要減小探頭的負(fù)載，另一方面要能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻率測量。

一般無源探頭的寄生電容都比較大，為了減小寄生電容，可以使用有源探頭，有源探頭的寄生電容通常在2pf以下，對于被測電路的影響比較小。另外，一般示波器都是基于周期測量結(jié)果反算頻率，測量誤差比較大，頻率計(jì)測量頻率是最精確的，但是又沒有辦法直接連接示波器的有源探頭，所以最好使用內(nèi)置頻率計(jì)功能的示波器。

以下是進(jìn)行晶體頻率測量時建議的測試步驟：

1、選擇寄生電容較小的有源探頭。由于用戶要測試的信號頻率不高，選擇1GHz左右?guī)挼挠性刺筋^就足夠用了，以下是兩款典型的單端有源探頭的主要指標(biāo)，其寄生電容只有1pf左右。

2、選擇有內(nèi)置頻率計(jì)功能的示波器。有些示波器內(nèi)置的頻率計(jì)分辨率可以達(dá)到5位，連接外部10MHz的參考時分辨率可以達(dá)到7位。為了提高測量精度，可以從其它比較精準(zhǔn)的信號發(fā)生器、銣鐘或者頻率計(jì)上引一個10MHz的參考信號送到示波器的外參考時鐘輸入端，并設(shè)置示波器使用外部參考時鐘。

3、通過示波器探頭連接被測信號，并在示波器上開啟頻率計(jì)數(shù)的測量功能。下圖是用一款帶內(nèi)置頻率計(jì)功能的示波器配合有源探頭對晶體振蕩器頻率的測量結(jié)果，可以看到，這種方法可以提供到ppm級別的測量分辨率(具體精度取決于外參考時鐘的頻率精度)，并且避免了由于探頭寄生電容對于被測電路的影響。